光栅扫描技术在复杂曲面数字化检测中的应用(1)
光栅与光谱仪的应用
光栅与光谱仪的应用在科学研究和实际应用的广阔领域中，光栅和光谱仪是至关重要的工具。
它们就像是能够揭示物质内在秘密的神奇“眼睛”，让我们得以深入了解各种物质的特性和构成。
首先，让我们来认识一下光栅。
光栅是一种具有周期性结构的光学元件，其表面刻有大量等间距的平行狭缝或线条。
当光线照射到光栅上时，会发生衍射现象。
这就好比光线在通过一个个狭窄的通道时“分散”开来，形成一系列明暗相间的条纹。
这些条纹包含了丰富的光学信息。
而光谱仪呢，则是利用光栅的衍射特性来工作的仪器。
它能够将入射的复合光分解成不同波长的单色光，并测量每种波长光的强度。
简单来说，光谱仪就像是一个超级精密的“光分拣器”，把混杂在一起的各种颜色的光按照波长一一分开，然后告诉我们每种颜色光的“多少”。
在物理学研究中，光栅和光谱仪的应用极为广泛。
比如，在原子物理学中，通过光谱仪分析原子发射或吸收的光谱，可以精确地确定原子的能级结构。
这对于理解原子的内部机制以及量子力学的基本原理具有重要意义。
化学领域也是光栅和光谱仪大显身手的地方。
物质的化学组成和结构会影响其对光的吸收和发射特性。
通过光谱分析，能够检测出样品中的各种化学成分及其含量。
比如在环境监测中，光谱仪可以快速检测出空气中的污染物，如水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等，为环境保护提供重要的数据支持。
在天文学中，来自遥远天体的光包含着丰富的信息。
光谱仪可以分析这些星光的光谱，从而确定天体的化学成分、温度、速度等参数。
比如，通过对恒星光谱的研究，天文学家可以了解恒星的演化阶段和内部结构。
对于星系的研究，光谱仪也能帮助我们了解星系的运动状态和组成成分，进而探索宇宙的起源和演化。
在生物医学领域，光栅和光谱仪同样发挥着重要作用。
在医学诊断中，它们可以用于血液成分分析、细胞检测等。
例如，通过检测血液中特定物质的吸收光谱，可以快速诊断某些疾病。
在药物研发方面，光谱仪可以帮助研究药物与生物分子的相互作用，从而优化药物设计。
光纤光栅传感器在复杂环境中的应用探讨
光纤光栅传感器在复杂环境中的应用探讨光纤光栅传感技术是一种基于光纤及其光学特性的测量技术。
光纤光栅传感器是一种基于光纤光栅的传感器，可以用于多种工业领域的实时环境监测，例如：力学、压力、振动、温度、形变和湿度等。
在实际应用中，光纤光栅传感器可以在极端环境和条件下保持高精度和长期稳定性，成为精密测量的有力工具。
一、光纤光栅传感器原理光纤光栅传感器采用光纤光栅作为传感元件，光栅由一系列平行的微小反射镜（也称为衍射光栅）组成。
当光线穿过光栅时，光会被分成不同波长的光，从而形成能量分布图。
当光线的入射波长发生微小变化时（例如由于压力变化或温度变化引起的光纤长度变化），能量分布也会发生变化，这种变化会反映到发射光线的相位，从而可以测量光栅的形变情况，再进一步通过信号处理器转换成电信号，最终实现对物理量变化的检测和测量。
二、光纤光栅传感器优势1. 高灵敏度光纤光栅传感器的灵敏度可以达到亚微米量级，且不受压力变化、温度变化甚至电磁波干扰等因素的影响。
这种高灵敏度可以在高强度的实验环境中实现非接触式测量，避免了测量过程对被测物的干扰和损伤。
2. 高稳定性光纤光栅传感器是一种非电气化传感器，具有长寿命、高稳定性和无电磁干扰的优点，对于自然环境的变化也具有很好的适应性。
相比之下，传统的机电传感器，如电容式传感器、阻力式传感器等存在应变失真、磨损等问题，且受外界因素影响大，稳定性差。
3. 适应性强光纤光栅传感器在不同的应用场合下具有很好的适应性，可以用于纳米尺度下的物理学实验，也可以应用在钢铁、水泥、矿山等强腐蚀和高温环境下的实时监测。
三、光纤光栅传感器应用研究光纤光栅传感器的应用范围广泛，涵盖了力学测量、结构应力分析、光纤传感网络等多个领域，在以下几个方面的应用研究中卓有成效。
1. 地震监测地震是自然界的一种巨大的破坏性力量，对人们的生命和财产安全带来了极大的威胁。
在地震频繁的地区，利用光纤光栅传感器建立地震监测系统是必不可少的。
光栅尺的应用与原理
光栅尺的应用与原理1. 光栅尺的基本原理光栅尺是一种常见的测量设备，它基于光的干涉原理来实现高精度的位置测量。
光栅尺通常由一个光纤和一个光栅片组成。
光栅片上刻有一系列等距的光栅线，并且与光纤的输出端相遥相对称。
当激光通过光栅片时，会发生光的衍射现象。
根据光波的干涉原理，我们可以通过测量干涉光的相位差来确定光栅片的位置。
光栅栅片的位移通常由编码器或其他测量装置提供，并将其转换为数字或模拟信号输出。
2. 光栅尺的应用领域光栅尺广泛应用于高精度测量和定位系统中。
以下是一些常见的应用领域：2.1 机械制造在机械制造领域中，光栅尺常用于数控机床、线切割机和加工中心等设备的位移测量。
光栅尺能够提供高精度的位置反馈，以确保加工精度和工件质量。
2.2 光学测量光栅尺可作为测角仪、测高仪和光栅扫描仪等光学测量设备的重要组成部分。
例如，在光栅扫描仪中，光栅尺可用于测量扫描平台的位置和速度，从而实现高精度的图像采集和重建。
2.3 科学研究在科学研究中，光栅尺常用于实验仪器和设备的位置控制。
光栅尺能够提供非接触式、高精度的位置反馈，满足科学研究中对测量精度和稳定性的要求。
3. 光栅尺的优势和挑战光栅尺相对于其他测量方法具有一些显著的优势，但也存在一些挑战。
3.1 优势•高精度：光栅尺可以实现亚微米级的测量精度，满足更高精度的测量需求。
•高稳定性：光栅尺具有较好的温度稳定性和抗干扰能力，适用于复杂环境下的测量。
•高速度：光栅尺可以实现快速的测量响应和高频率的采样速率，适用于高速运动的测量场景。
3.2 挑战•灵敏度：光栅尺对环境中的振动、动态干扰和温度变化等因素较为敏感，可能影响测量结果的精度和稳定性。
•安装调试：光栅尺的安装和调试对操作人员的要求较高，需要保证光栅尺与其他部件的正确对齐和校准。
•价格：相对于传统的位置传感器，光栅尺的价格较高，对于一些应用领域来说，成本可能是一个考虑因素。
4. 结论光栅尺作为一种高精度测量设备，在多个领域中都有广泛的应用。
光栅尺原理及其应用
光栅尺原理及其应用光栅尺（Grating ruler）是一种光学测量仪器，其原理是利用光的干涉和衍射现象进行距离、角度和位移的测量。
光栅尺广泛应用于工程测量、机床控制、精密机械、光学仪器等领域。
光栅尺的原理是基于衍射和干涉现象。
光栅尺由一条分有许多等距的刻纹线的刻度尺组成，刻度线被均匀间隔的切割成小块，形成一系列等宽的透光条纹。
当入射光通过光栅尺时，每个透光条纹会发生衍射和干涉，形成衍射光栅，根据衍射光栅的模式，可以测量出光栅尺相对运动的距离、角度和位移。
光栅尺的应用主要有以下几个方面：1.机床控制：光栅尺广泛应用于机床的位置和位移测量。
光栅尺可以安装在机床上，通过测量光栅尺与工作台、刀架等物体的相对位置和位移来控制机床的运动。
由于光栅尺具有高精度、高分辨率和稳定性好等特点，因此可以实现精密机床的高速和高精度控制。
2.工程测量：光栅尺在工程领域常用于长度、角度和位移的测量。
例如，用光栅尺测量建筑物的长度、角度和水平度等参数，或者测量机械零件的尺寸和位置等。
由于光栅尺具有高测量精度和可靠性，可以满足工程测量中对精度和稳定性的要求。
3.光学仪器：光栅尺广泛应用于光学仪器中。
例如，用光栅尺测量显微镜中物体的尺寸和位置，或者用光栅尺测量光学元件的角度和偏移等。
由于光栅尺具有高分辨率和稳定性，可以提高光学仪器的测量精度和可靠性。
4.科学研究：光栅尺在科学研究中也有广泛的应用。
例如，用光栅尺测量物体的动态参数，如振动和加速度等。
光栅尺可以将物体的运动转化为光学信号，通过对光学信号的处理和分析，可以得到物体的运动参数。
由于光栅尺具有高灵敏度和快速响应的特点，可以满足科学研究中对运动参数测量的要求。
总之，光栅尺原理基于光的干涉和衍射现象，通过测量衍射光栅的模式，可以实现对距离、角度和位移等参数的测量。
光栅尺广泛应用于机床控制、工程测量、光学仪器和科学研究等领域，具有高精度、高分辨率和稳定性好等特点，可以满足各种领域中对测量精度和可靠性的要求。
光栅尺的工作原理与应用
光栅尺的工作原理与应用1. 引言光栅尺是一种精密测量装置，广泛应用于工业生产和科学研究领域。
它利用光栅的原理实现对物体长度、位移等参数的测量，具有高精度和稳定性的特点。
本文将介绍光栅尺的工作原理及其在各领域的应用。
2. 光栅尺的工作原理光栅尺的工作原理基于光栅的干涉效应。
光栅是一种由周期性刻线构成的透明介质，其周期性刻线可以分为等距离刻线和等宽刻线两种类型。
2.1 等距离刻线光栅等距离刻线光栅是指刻线之间的间距相等，常见的有光栅尺和光栅编码器。
当光线通过等距离刻线光栅时，会产生干涉现象，形成明暗相间的光斑。
根据干涉测量原理，通过测量光斑的位置变化，可以计算出位置或位移的变化量。
2.2 等宽刻线光栅等宽刻线光栅是指刻线的宽度相等，常见的有光栅光谱仪和波长选择器。
当光线通过等宽刻线光栅时，会发生光的衍射现象，使不同波长的光产生不同的角度偏转。
通过测量光的偏转角度，可以确定光的波长。
3. 光栅尺的应用领域光栅尺作为一种高精度测量装置，被广泛应用于各个领域。
3.1 机械制造在机械制造领域，光栅尺主要用于数控机床、加工中心、测量仪器等设备中，用于测量机械零件的运动轨迹、定位精度等。
光栅尺具有高精度和稳定性的特点，可以实现对机械装置的精确控制。
3.2 科学研究在科学研究领域，光栅尺常用于物理实验中，用于测量光源的波长、光栅的周期等参数。
通过精确测量光的性质，可以探索光的基本原理和性质，为科学研究提供重要的参考数据。
3.3 光学仪器光栅尺也广泛应用于各类光学仪器中。
例如光学显微镜、激光材料加工设备等。
光栅尺可以实现对光学仪器的校准，保证其测量结果的准确性。
3.4 制造业在制造业中，光栅尺被用于多轴运动控制、自动化设备、机器人等领域。
通过集成光栅尺系统，可以实现对复杂物体的测量、定位、控制等功能，提高生产效率和产品质量。
4. 光栅尺的特点与优势光栅尺相比传统的测量方法具有以下特点和优势：•高精度：光栅尺可以实现亚微米级的测量精度。
光栅与光谱仪的应用
光栅与光谱仪的应用光栅和光谱仪是光学领域中常见的仪器和技术，它们在科学研究、工业应用和日常生活中都有广泛的应用。
本文将从不同角度探讨光栅和光谱仪的应用，展示它们在各个领域中的重要性和作用。
一、科学研究领域在科学研究领域，光栅和光谱仪被广泛应用于物质分析、光谱测量和光学实验等方面。
光栅可以将光束分散成不同波长的光线，通过测量不同波长的光线强度和频率，科学家可以了解物质的组成、性质和结构。
例如，天文学家使用光谱仪来研究星系和恒星的光谱，从中获得关于宇宙起源和演化的重要信息。
物理学家则利用光栅和光谱仪来研究光的本质和光学现象，如干涉、衍射和偏振等。
二、医学和生物科学领域在医学和生物科学领域，光栅和光谱仪的应用也非常广泛。
例如，医生可以使用光谱仪来诊断疾病和监测患者的健康状况。
通过分析患者体内的光谱信息，医生可以得出关于患者体内物质浓度、代谢活动和病变情况的重要结论。
此外，光栅和光谱仪还可以用于药物研发和生物分析等方面。
科学家们可以利用光谱仪来研究药物的光谱特性，以及药物与生物分子之间的相互作用，从而提高药物的疗效和安全性。
三、工业应用领域在工业应用领域，光栅和光谱仪也扮演着重要的角色。
例如，光栅和光谱仪可以应用于光通信和光纤传输领域。
光栅可以将光信号分成不同波长的光线，而光谱仪可以用来解析和检测这些光信号。
这样，科学家和工程师可以利用光栅和光谱仪来设计和优化光通信系统，提高数据传输速度和可靠性。
此外，光栅和光谱仪还可以应用于材料表征、光刻和光谱分析等工业过程中，为工业生产和质量控制提供重要的技术支持。
总结起来，光栅和光谱仪在科学研究、医学和生物科学以及工业应用等领域中发挥着重要的作用。
它们不仅可以帮助科学家和工程师了解物质的组成和性质，还可以用于疾病诊断、药物研发和工业生产等方面。
随着科学技术的不断发展，光栅和光谱仪的应用前景将会更加广阔，为人类的生活和社会发展带来更多的福祉。
因此，我们应该加强对光栅和光谱仪的研究和应用，推动光学技术的进一步发展。
光栅扫描算法
光栅扫描算法（实用版）目录1.光栅扫描算法概述2.光栅扫描算法的原理3.光栅扫描算法的实现4.光栅扫描算法的应用5.光栅扫描算法的优缺点正文【提纲】1.光栅扫描算法概述光栅扫描算法是一种在计算机图形学中广泛应用的算法，主要用于将二维图像转换成三维模型，以便在三维空间中进行处理和分析。
通过光栅扫描，可以将图像中的每一个像素点都转换成一个三维空间中的点，从而形成一个三维模型。
2.光栅扫描算法的原理光栅扫描算法的原理是利用光线与物体的交点来确定物体在三维空间中的位置。
具体来说，假设有一个平面，上面有一个矩形孔，光线通过这个矩形孔，会在平面上形成一个光栅图案。
如果在这个平面上放置一个物体，那么物体与光栅图案的交点就能确定物体在三维空间中的位置。
3.光栅扫描算法的实现光栅扫描算法的实现主要包括以下几个步骤：（1）初始化：设置扫描线，初始化图像和物体的位置；（2）扫描线遍历：从图像的左上角开始，沿着扫描线逐行扫描，对于每一行，计算光线与物体的交点，并将交点添加到结果列表中；（3）结果处理：将结果列表中的点按照深度排序，然后连接成三角形，形成最终的三维模型。
4.光栅扫描算法的应用光栅扫描算法在计算机图形学中有广泛的应用，例如：（1）地形建模：通过光栅扫描算法，可以将遥感图像转换成地形模型，用于地理信息系统；（2）虚拟现实：通过光栅扫描算法，可以将实景图像转换成虚拟模型，用于虚拟现实场景的构建；（3）计算机视觉：通过光栅扫描算法，可以将图像转换成三维模型，用于物体识别和追踪等任务。
5.光栅扫描算法的优缺点光栅扫描算法的优点是简单易懂，实现起来比较容易，而且可以处理任意形状的物体。
光栅光谱技术的应用
光栅光谱技术的应用光栅光谱技术是一种基于光栅的光谱学技术。
它是指光通过光栅后的光谱现象。
光栅是一种具有大量均匀排列的等宽平行光轴的透镜元件，由于具有优越的光学性能，被广泛应用于许多领域，如天文学、化学、物理学、生命科学和工程技术等。
下面将介绍光栅光谱技术的应用和一些相关的技术原理。
一、基本原理光栅光谱技术的基本原理是将光通过具有均匀平行刻槽的平面反射光栅时，由于不同波长的光对应的衍射角度不同，因而不同波长的光经过光谱仪后形成各自的光谱。
由于光栅具有完整的光学理论，因此可以用来分析、辨别和测量各种光源的光谱特性。
光栅光谱技术广泛应用于天文学、物理学和化学等领域，用于研究物体的光谱特性和物质的组成结构等问题。
二、应用领域光栅光谱技术的应用领域非常广泛，具体如下：1、天文学天文学是一门研究宇宙、星系和天体等的现象和规律的科学，它经常使用光栅光谱技术来研究天体的物理特性和化学成分。
例如，太阳的光谱分析可以揭示太阳的能量输出、化学元素的存在和量、太阳的磁场结构等，从而提供关于太阳活动的重要信息。
此外，光栅光谱技术还可以用于测量远离我们的恒星的距离、质量和光学性质。
2、化学化学是研究物质组成、结构、性质和反应的科学，光栅光谱技术可以用于化学分析和物质鉴定。
例如，在食品工业中，颜色、味道和香气等对于产品的品质很重要。
使用光栅光谱技术可以对产品的光谱进行分析，从而确定其成分、浓度、结构以及颜色等。
此外，光栅光谱技术还可以用于检测有毒物质、污染物和可疑药物中的化学成分。
3、物理学物理学是研究物质和能量及其相互作用的科学，光栅光谱技术可以用于研究物质的基本属性和性质。
例如，它可以用于光电离和光电子X射线等过程的研究，从而探测这些过程中的量子物理特性。
此外，光栅光谱技术还可以用于在研究发光、激光器的组成和光学器件等领域中，分析和控制光的行为和传播。
三、技术优点光栅光谱技术具有以下几个优点：1、高分辨率光栅光谱技术可以分析非常细微的光谱细节，因为它可以分辨出不同波长之间的非常小的差异。
光栅的原理及应用方法图解
光栅的原理及应用方法图解1. 光栅的原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，由一系列平行且等间距的透明槽或凹槽组成。
光栅的原理基于衍射现象，通过改变入射光的传播方向和干涉效应来实现光的分光和光谱分析。
1.1 衍射原理光栅的衍射原理是基于赖奥的法尔久衍射理论，即光在通过光栅时会发生衍射现象。
当光线通过光栅的时候，会出现多个次级波源，这些次级波源会发生干涉，使得光的传播方向发生改变。
由于光栅的周期性结构，干涉的结果会产生一系列有序的主峰和次级峰，形成衍射图样。
1.2 光栅的构造光栅通常由一系列平行的凹槽或透明槽组成，这些凹槽或透明槽之间具有固定的间距。
光栅的刻线密度决定了它的分光能力，刻线越密集，分光能力越强。
1.3 光栅方程光栅方程描述了光栅的衍射现象，它可以用来计算光通过光栅后的衍射角度和波长之间的关系。
光栅方程通常写作：nλ = d(sinθ + sinϕ)其中，n是衍射级次，λ是入射光的波长，d是光栅的间距，θ是入射角，ϕ是衍射角。
2. 光栅的应用方法光栅具有广泛的应用，特别是在光谱分析、波长选择和光学成像等领域。
以下列举了光栅的一些常见应用方法。
2.1 光谱分析光栅可以将入射光按照不同的波长进行分离，从而实现光谱的分析。
通过调节光栅的刻线密度，可以选择不同的波长范围进行分离，从而得到光的光谱信息。
光谱分析在物质分析、天文学研究等领域具有重要的应用价值。
2.2 光学成像光栅可以用于光学成像，在光学显微镜、光学望远镜等领域发挥重要作用。
通过调整光栅的参数，可以实现对特定波长的光进行成像，从而得到清晰的图像。
光栅在光学成像设备中的应用可以提高分辨率和减小像差。
2.3 波长选择光栅也可以用作波长选择器，通过选择特定的衍射级次，可以将特定波长的光分离出来。
这种波长选择器广泛应用于激光器、光通信等领域，可以实现光信号的调制和多路复用。
2.4 光栅衍射实验光栅也常用于光学教学实验中。
通过光栅的衍射现象，可以观察到明显的衍射图样，让学生直观地感受到光的波动性。
测量光栅的工作原理和应用
测量光栅的工作原理和应用1. 工作原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，能够将光束分成多个准直的子光束，通过测量这些子光束的干涉效应来实现精确的测量。
其工作原理主要有以下几个方面：1.1 衍射光栅通过其周期性结构使得光束发生衍射现象。
当一束平行光照射到光栅上时，光栅上的周期性结构改变了光的传播方向，从而使得光束被分成多个方向的子光束。
这种衍射现象是光栅测量的基础。
1.2 干涉测量光栅利用衍射分成的子光束进行干涉，从而实现测量的目的。
干涉是指两个或多个光波相互作用而产生的光强分布变化。
利用光栅的周期性结构，不同的衍射光束之间会发生干涉现象，通过测量干涉效应可以得到需要测量的参数。
1.3 衍射方程光栅的工作原理可以通过衍射方程来描述。
衍射方程可以表示为：\[ n\lambda = dsin\theta \]其中，n为衍射级次，λ为光波的波长，d为光栅的周期，θ为衍射角。
通过该方程可以计算出衍射级次和衍射角之间的相关关系，实现对光栅的测量。
2. 应用测量光栅具有广泛的应用，主要体现在下面几个方面：2.1 光谱测量光栅在光谱测量中起着重要的作用。
通过光栅的衍射和干涉效应，可以将光束分成不同的波长，实现对光谱的测量。
光谱测量在化学、物理、生物等领域具有重要的应用价值，能够帮助人们了解物质的成分和性质。
2.2 光学测量光栅在光学测量中也是一种常用的设备。
通过测量光栅的衍射效应，可以得到需要测量的物理参数。
光栅测量的优点是精度高、测量速度快，被广泛应用于光学成像、光学测距、光学检测等领域。
2.3 光栅衍射成像光栅衍射成像是利用光栅的衍射效应进行成像的一种方法。
通过控制光栅的周期和衍射级次，可以获得不同的衍射图样，实现对目标物体的成像。
光栅衍射成像在显微镜、成像仪器等领域有着广泛的应用。
2.4 光栅光谱仪光栅光谱仪是一种基于光栅的仪器。
它利用光栅的衍射和干涉效应，通过测量不同波长的光，得到样品的光谱信息。
光栅光谱仪具有高分辨率、高准确度的特点，被广泛应用于光学测试、材料分析、环境监测等领域。
光栅扫描技术在复杂曲面数字化检测中的应用
就是其中非常有代 表性 的一种 ， 它能够快速采集大量
实 物 表面 的数据 点 ， 能 达 到 较 高 的精 度 ， 得 Ａ Ｏ 并 使 ＴＳ
被 广 泛的应 用 于制 造 业 的 逆 向工程 中 。Ａ Ｏ Ｔ Ｓ系统 是
一
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表 明 ， 方法 可以快速 、 该 准确 地获取 产 品的制 造误 差 ， 并用彩 色云 图将 结果直 观地 显示 。
关键 词 ： Ｓ 光栅 扫描 ； 字化检测 Ａｒ ； ０ 数
中图分类 号 ： Ｇ ５ Ｔ ６
光栅的测量原理和应用范围
光栅的测量原理和应用范围一、测量原理光栅是一种具有周期性结构的光学元件，它能够将入射光按照一定的规律进行分散和重组，从而实现对光信号的测量和分析。
光栅的测量原理主要基于光的衍射现象，其具体原理如下：1.光束衍射光栅的周期结构使得入射光在通过光栅时会发生衍射现象。
当入射光通过光栅时，光波会被分散成一系列方向不同的衍射光束。
这是因为光栅的周期性结构会改变光波的传播方向和相位，产生一定的相位差，从而引起衍射现象。
2.衍射角度根据光的衍射理论，衍射角度与光波的波长和光栅的周期有关。
具体而言，对于一阶衍射，在条件满足的情况下，衍射角度和波长、光栅周期之间存在确定的关系。
因此，通过测量衍射角度，可以间接获得光波的波长和光栅的周期。
3.波长和周期的测量利用衍射角度和一定的几何关系，可以通过测量光栅的衍射图样并进行分析，从而获得光波的波长和光栅的周期。
这种方法被广泛应用于光谱仪、光栅衍射测量仪等领域。
二、应用范围光栅作为一种重要的光学元件，具有广泛的应用范围。
以下是光栅的一些主要应用领域：1.光谱仪光栅的衍射原理使得它成为一种重要的光谱仪组成部分。
光栅光谱仪通过测量入射光的衍射图样，可以精确地测量出光波的波长和频率信息。
这种方法被广泛应用于化学分析、光谱分析等领域。
2.激光器光栅在激光器中也有重要的应用。
通过光栅的衍射效应，可以实现对激光的各项参数的测量。
这对于激光器的优化和调整至关重要，使得激光器的输出功率和光束质量得到有效控制。
3.光纤通信光纤通信是一种基于光传输的高速通信技术，而光栅在其中扮演着重要的角色。
光栅可以用于制作光栅耦合器，将光束从一根光纤耦合到另一根光纤中。
这对于光纤通信系统的稳定性和效率提高具有关键作用。
4.表面形貌测量光栅的测量原理在表面形貌测量中也有应用。
通过利用光栅的衍射现象，可以测量出被测表面的曲率、高度差异等参数。
这对于制造业中的精密加工、质量检测等方面具有重要意义。
三、总结光栅作为一种具有周期性结构的光学元件，其测量原理基于光的衍射现象。
基于投影光栅的复杂面形三维测量方法研究
基于投影光栅的复杂面形三维测量方法研究复杂面形物体三维测量在逆向工程、机械制造、航空航天、电力、汽车、人体测量、医疗及3 D打印技术等领域都有广泛的应用。
如农业机械及航空航天中发动机、发动机机匣、减速器及一些螺母等关键零部件大多形状复杂、面形不规则,这些关键零部件的设计制造水平关系到国家安全与核心竞争能力。
当前,随着机械零件产品数字化设计与制造技术的发展,各种机械零件集成整体结构件用量的急剧增加以及对产品制造精度要求的不断提高,致使传统的测量技术已无法满足复杂面形机械零部件准确、快速检测及测量的要求。
当前基于视觉的三维测量技术,已成为提升复杂零部件的测量效率和水平的关键技术环节。
目前,现有的基于投影光栅的三维测量商品化设备价格昂贵。
为此,本文针对复杂面形物体的轮廓测量问题,对基于投影光栅的复杂面形三维轮廓测量的基本原理及实现关键技术进行深入研究,充分利用面结构光扫描和双目立体视觉原理相结合,实现一种非接触、快速和高精度的复杂面形物体的轮廓测量,并在农业机械制业、航空部件及人体三维测量等方面进行应用验证。
论文的主要研究内容如下:(1)摄像机参数标定是结构光三维测量技术中的关键步骤之一,其标定结果精度直接影响后续三维重建的精度。
为此,提出一种高效的摄像机标定方法。
首先采用一种基于双锥模型的简单的、高精度的椭圆圆心提取方法提取出标定板图像中椭圆圆心,该方法直接利用包含一个椭圆的边界邻域里的原始梯度信息,不需要精确提取每个椭圆的边界点。
因此,计算过程被简化。
另外,通过最小化代数距离,取得较高精度。
其次,提出一种基于随机抽样一致性算法即RANSAC(Random Sample Consensus)的简单、快速的自动匹配算法,一次性把空间标定特征点和它的像点完全匹配上。
匹配时首先按一定顺序对标定靶中的标定点进行排序,由于摄像头畸变,所得标定图像中提取出来的标定特征点顺序与空间标定板中特征点顺序不符,通过RANSAC算法完成正确的对应点匹配。
物理实验中利用光栅进行光谱分析的技巧与要点
物理实验中利用光栅进行光谱分析的技巧与要点光栅是一种常用的物理实验工具，用于光谱分析和波长测量。
它通过将入射光束分散成不同波长的光束，使得我们能够观察到光由不同波长组成的现象。
本文将介绍物理实验中利用光栅进行光谱分析的技巧与要点。
第一，实验中的光源选择十分重要。
光源的选择直接关系到实验结果的准确性和可信度。
实验中常用的光源有白炽灯、荧光灯、激光等。
如果需要进行特定波长的光谱分析，可以选择带有滤光片的光源，以排除其他波长的干扰。
第二，光栅的选择也是关键。
光栅一般分为玻璃光栅和金属光栅两种。
玻璃光栅适用于可见光范围的光谱分析，而金属光栅适用于紫外、红外等特定波长范围的光谱分析。
在选择光栅时，需要考虑其刻线间距、透射率和折射率等指标，以满足实验需求。
第三，实验中的光栅应注意对齐。
光栅的对齐是保证实验准确度的关键步骤。
在实验过程中，应将光栅调整到最佳位置，使得入射光线垂直于光栅表面，并能够使光通过栅面的刻线。
此外，还需要确保入射光线和出射光线的方向一致，以保证准确的测量结果。
第四，实验中应控制光的强度和入射角度。
光的强度会影响到实验结果的清晰度和可信度。
过强或过弱的光线都会造成光谱图像的模糊或偏移。
因此，在进行实验时，应根据实际情况调整光源的强度，使实验结果尽可能清晰明确。
同时，需要保持光线的入射角度一致，以避免光线的折射。
第五，实验中需注意测量仪器的校准。
在进行光谱分析实验之前，应对测量仪器进行准确的校准。
例如，根据实验需要，调整光栅与光源的距离，以获得最佳的实验效果。
此外，还需要根据实验要求选择合适的测量仪器，如光电二极管、光栅光谱仪等，以确保实验结果的准确性。
综上所述，物理实验中利用光栅进行光谱分析的技巧与要点主要包括：光源的选择、光栅的选择与对齐、光强度和入射角度的控制，以及测量仪器的校准。
只有在掌握了这些技巧与要点后，才能进行准确和可靠的光谱分析实验。
通过合理的实验设计和操作，我们可以更好地了解光的性质与行为，为光学研究和应用提供有力的支持。
简述光栅尺工作原理及应用
简述光栅尺工作原理及应用光栅尺是一种精密测量仪器，常用于机床、测量仪器等精密加工和检测系统中。
其工作原理基于光学原理和电子技术原理，利用光栅条纹和光电检测器之间的相互作用来实现长度、角度等物理量的测量。
本文将对光栅尺的工作原理和应用进行详细介绍。
一、光栅尺的工作原理光栅尺的基本构成是光栅条纹和光电检测器，其中光栅是由一系列平行的条纹组成的线性光栅，条纹的宽度和间距非常小，精度可达到亚微米级别。
光电检测器则是光电二极管或双晶电子扫描器等电子元器件，能够将光信号转化为电信号。
光栅尺通过将光源、光栅和光电检测器组合在一起，实现对长度、角度等物理量的非接触式测量。
光栅尺的工作原理可以分为三个过程：1、光栅的发光和透射：光栅的条纹宽度和间距非常小，通常在几十或者几百微米范围内，人眼无法看到。
当光源照射到光栅上时，光栅的条纹会发生透射和反射，形成特定的光学线条。
2、光学信号的检测：光电检测器可以将光学信号转化为电学信号，其中包含光栅条纹的信息。
在实际应用中，光电检测器可以采用光电二极管、双晶电子扫描器等元件。
当光学信号入射到光电检测器上时，会产生电流，电流强度与光学信号的亮度成正比。
3、信号处理和计量：将光栅尺检测到的电信号转化为数值信号，可以通过A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号进行记录和处理。
最终，数值信号经过处理得到物理量的数值输出。
除了基本的线性光栅，还有二维、三维光栅尺，其原理和线性光栅类似，不同点在于二维和三维光栅尺可以测量物体的超出线性运动轨迹的角度和形状等复杂运动规律。
二、光栅尺的应用光栅尺广泛应用于精密加工和检测系统中，如机床、精密仪器和制造业等多个领域。
光栅尺的应用主要有以下几个方面：1、长度测量：光栅尺可以测量物体的线性运动轨迹长度，其精度可达到亚微米级别。
光栅尺广泛应用于机床、加工中心、激光加工机等多个领域，能够测量工件、刀具和加工台等物体的长度和移动轨迹。
2、角度测量：光栅尺还可以测量物体的角度，其精度可达到亚角秒级别。
如何使用立体光栅扫描仪进行测量
如何使用立体光栅扫描仪进行测量使用立体光栅扫描仪进行测量立体光栅扫描仪是一种广泛应用于工业、医疗、科学研究等领域的高精度测量设备。
它通过光栅原理和扫描技术，能够快速、准确地获取三维物体的表面形状信息。
本文将介绍立体光栅扫描仪的原理、应用和使用方法。
一、原理概述立体光栅扫描仪的原理基于光栅干涉原理。
它由一束激光光束和一个光栅构成。
激光光束经过透镜聚焦形成一个细小的光斑，然后照射到被测物体表面。
被测物体表面的形状会对激光光斑产生干涉效应，这种干涉效应会通过光栅反射回来，并被接收器接收。
接收器会将接收到的反射光转换为电信号，并经过计算和分析后得到物体的三维形状信息。
二、基本原理和组成立体光栅扫描仪主要由光源、透镜、光栅、光电传感器和计算机控制系统等部分组成。
光源是扫描仪的重要组成部分，一般采用激光光源。
激光光源具有高亮度、高单色性和直线传播等特点，能够提供稳定的光束，保证测量的精度。
透镜用于聚焦激光光束，使其形成一个细小的光斑。
透镜的选取要根据被测物体的尺寸和形状进行合理的设计。
光栅是光栅扫描仪的核心部分，它是一种有规律的光学元件，可以将光线分成若干个方向。
光栅分为直线型和激光型两种，一般用于测量工程中的光栅为直线型光栅。
光栅的刻线数量决定了最终测量结果的分辨率。
光电传感器主要用于接收反射回来的光信号，并将其转换为电信号。
光电传感器的性能直接影响着立体光栅扫描仪的测量精度。
计算机控制系统用于数据的采集、处理和分析。
通过计算机，我们可以实现测量数据的可视化，以及测量结果的导出和保存。
三、应用领域立体光栅扫描仪在很多领域都有广泛的应用。
以工业应用为例，立体光栅扫描仪可以应用于模具设计制造、汽车造型设计、鞋业设计等方面。
通过测量物体的三维形状信息，可以实现产品的快速设计、检测和分析。
在医疗方面，立体光栅扫描仪可以应用于面部重建、牙齿矫正和义肢设计等方面，为医生和患者提供可靠的测量数据。
科学研究方面，立体光栅扫描仪可以应用于物理实验、材料表征等方面，为科学家提供准确的实验数据。
曲面重建中的光栅投影式测量方法
曲面重建中的光栅投影式测量方法曲面重建是一种广泛应用的领域，它在计算机视觉、机器人技术、医学影像等方面发挥着重要作用。
曲面重建的目的是从不规则、离散的数据点或者图像序列中重构出光滑连续的曲面，这个过程需要使用到一些测量方法。
其中一种广泛使用的测量方法是光栅投影式测量方法。
光栅投影式测量方法是指将一个标记光源（光栅）照射到被测物体表面上，在相机的成像平面上获取光栅的投影图像，通过分析光栅图像在成像平面上的形状，可以获取相机与测量对象之间的几何关系以及物体表面的三维形状等信息。
它的主要优点在于测量速度快、精度高、适用于各种形状的物体，因此在工业制造领域和医学影像中得到广泛应用。
光栅投影式测量方法包括三种光栅：正弦光栅、方格光栅和二值光栅。
其中正弦光栅是最常用的一种光栅，它的投影图案为正弦形，由于正弦光栅具有高频且周期性的特点，可以通过重复投影获得更高的测量精度。
方格光栅的特点是投影图案为矩形方格，与正弦光栅相比投影图案更简单，但需要注意的是在在重构曲面时会出现误差，需要使用相应的算法进行处理。
二值光栅的特点是投影为黑白相间的条纹，是正弦光栅的一种特殊形式，它的主要优点在于像素点的信息含量更低，投影图像的噪声和干扰也相对较少，因此采集速度更快，但相应地测量精度会有所降低。
光栅投影式测量方法在应用过程中有一些应用注意事项。
首先，在进行测量时需要保持相机与光源位置不变，以免因位置改变而引起误差。
其次，在进行测量前需要对被测物体进行充分准备，如消除表面反光和散光等影响测量精度的因素。
最后，在数据处理时需要使用相应的算法，如相位差分算法、三角剖分算法等，以达到更高的测量精度和更精确的曲面重建效果。
总之，光栅投影式测量是一种重要的曲面重建方法，具有测量速度快、精度高、适用性较广等优点。
在工业制造、医学影像等领域都得到了广泛的应用。
采用光栅投影式测量方法时需要注意测量前的准备工作以及测量过程中的位置保持等因素，同时需要借助相关的算法来处理数据，以达到更高的测量精度和更精确的曲面重建效果。
光栅式扫描仪的原理和应用
光栅式扫描仪的原理和应用1. 光栅式扫描仪的原理•光栅：光栅是由一系列平行的线条组成的透明或不透明的周期性结构。
在光栅式扫描仪中，光栅通常由光学玻璃或光学塑料制成。
•扫描仪：扫描仪是一种用于将纸质文件或图像转换为数字信号的设备。
它通过光学传感器将图像转化为数字形式，然后存储到计算机中进行进一步处理。
光栅式扫描仪的原理可以简单概括为以下几个步骤：1.光源发射：光栅式扫描仪通过内置的光源（通常是LED或气体放电光源）产生高亮度的光束。
2.光束聚焦：光束经过透镜系统聚焦到一个细小的光斑上。
3.光斑照射：光斑被照射到要扫描的纸张或图像上。
4.反射获取：被照射到的光斑被物体上的颜色或反射程度的差异所影响，不同颜色或反射程度的区域会使光斑的亮度发生变化。
5.光斑解析：光栅式扫描仪中的光学传感器（通常是CCD或CIS传感器）将光斑的亮度变化转换为数字信号。
6.信号处理：扫描仪内部的电路将传感器传回的模拟信号转换为数字信号，并进行调整、纠正、增强等处理。
7.信号输出：处理后的数字信号通过接口（如USB、Ethernet等）传输给计算机，供使用者进行后续处理和存储。
2. 光栅式扫描仪的应用2.1 文档数字化光栅式扫描仪被广泛用于将纸质文档转换为电子文件。
通过扫描纸质文档，可以将其转化为可编辑、可搜索的电子文件，方便存储、检索和分享。
这在办公场所、图书馆、档案管理等领域有着重要的应用。
2.2 影像数字化光栅式扫描仪也可以将实物影像（如照片、底片等）转换为数字影像。
通过数字化处理，可以对影像进行编辑、修复、增强等操作，提高图像质量和保存效率。
此外，数字化的影像还可以方便地用于印刷、出版、展览等用途。
2.3 艺术品保护与展示光栅式扫描仪在艺术品保护与展示领域也发挥着重要作用。
通过扫描绘画作品或文物，可以制作高分辨率的数字复制品，用于保护和保存原作品。
同时，这些数字复制品也可以用于展示、研究和教育，方便广大观众欣赏和学习。
光栅原理的实际应用
光栅原理的实际应用1. 光栅原理简介光栅是一种具有周期性结构的光学元件，常用于光谱仪、激光器、衍射仪等光学领域中。
它的实际应用涉及到许多领域，下面将介绍光栅原理在以下几个方面的实际应用：2. 光栅在物理学中的应用•衍射实验：光栅能够将入射光进行衍射，通过测量和分析衍射光的强度和角度，可以研究光的波动性质。
这在物理学研究中有着重要的应用，如衍射实验中使用的标准光栅。
•光谱学：光栅可以分散入射光，使其在平行出射的情况下，产生连续的光谱。
这种特性使得光栅在光谱学中得到广泛应用，例如光谱仪、光度计等。
•测量仪器：基于光栅的概念和原理，可以设计各种测量仪器，如位移测量、角度测量等。
光栅测量仪器具有高精度和稳定性的特点，在科学研究、工业生产中得到广泛应用。
3. 光栅在光学通信中的应用•光纤通信：光栅在光纤通信系统中起到重要作用。
通过光栅的应用，可以实现光纤通信中的多路复用和解复用，提高通信容量和速度。
光栅技术将光源发出的光信号拆分成多个不同频率的光信号，通过光纤进行传输，最后再利用光栅合并成原始信号。
•光栅光纤传感器：光栅光纤传感是一种通过对光纤中光的衍射进行测量的技术。
光栅作为传感器的一部分，可以通过测量衍射光信号的特性来获得与环境相关的物理量，如温度、压力、形变等。
这种技术具有高灵敏度、实时性强等优点，在工业控制、环境监测等领域得到广泛应用。
4. 光栅在显示技术中的应用•液晶显示器：液晶显示器中的光栅是用于控制和调节光的传输的一个关键部分。
光栅可以通过调整其周期性结构，使通过液晶材料的入射光的偏振方向发生改变，从而控制显示器的图像和亮度。
•投影显示器：光栅投影技术是一种通过光栅技术实现大尺寸高清晰度图像显示的技术。
利用光栅分割光谱，通过不同颜色的光栅分别投射到屏幕上，然后再进行合成，可以实现高品质、高亮度的投影显示效果。
5. 光栅在光学仪器中的应用•激光器：光栅是激光器中的一个重要组成部分。
通过光栅的作用，可以调谐激光器的波长，实现波长的选择性输出。
基于光栅投影的复杂物体三维面形测量方法研究的开题报告
基于光栅投影的复杂物体三维面形测量方法研究的开题报告1.研究背景和意义三维面形测量是现代计算机辅助设计、制造和检测等领域的重要基础工作之一。
随着数字化技术的不断发展，三维面形测量越来越受到关注。
目前，常见的三维面形测量方法包括结构光法、激光测距法、投影法、相位测量法等。
其中，光栅投影测量法具有快速、高精度、非接触等优点，是现代三维形貌测量的主流技术之一。
然而，对于复杂的非光滑曲面，光栅投影测量面临着很大的挑战。
通常情况下，光栅投影仅能获取物体表面光滑的部分，而凸凹不平的区域则不能正确投影光栅，导致获取的数据失真或者缺失。
因此，如何有效地处理复杂曲面的非光滑部分，提高光栅投影测量的测量精度和测量范围，成为当前三维面形测量研究领域的热点之一。
2.研究内容和方法本课题旨在针对复杂曲面的非光滑部分，在光栅投影测量中实现高精度的三维面形测量。
具体研究内容如下：（1）综合分析各种能耗方案，提出更加适合于复杂曲面测量的光栅投影方案。
（2）研究光栅图像的去噪和补全技术，对于缺失或者失真的部分进行修补和修正，提高测量的准确度和稳定性。
（3）探究多角度投影和多视角融合的方法，提高测量范围和测量精度，实现对于复杂物体的全面测量。
本课题主要采用实验方法和数值仿真方法相结合的方式进行研究。
首先通过实验验证提出的投影方案的可行性和有效性，然后利用数值仿真方法对于测量过程中出现的问题进行分析和优化。
3.研究预期成果通过本课题的研究，预期达到以下成果：（1）设计出能够适用于复杂曲面测量的高精度光栅投影方案。
（2）提出针对于光栅图像的去噪和补全技术，实现对于失真和缺失部分的修复和修正。
（3）探究多角度投影和多视角融合的方法，提高测量范围和测量精度。
（4）开发出至少一种相关软件来验证所提出的算法和方法的可行性和有效性。
4.研究的难点和挑战本课题的研究难点和挑战包括：（1）针对复杂物体的非光滑部分设计出对应的光栅投影方案。
（2）针对失真和缺失部分，研究出一套有效的修复和修正技术。
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文章编号:1001-2265(2007)09-0044-03收稿日期:2007-02-06*基金项目:黑龙江省教育厅科学研究指导项目(11523051)作者简介:苏发(1969)),哈尔滨人,福建工程学院副教授,工学硕士,研究方向为逆向工程技术应用研究,(E -m ail )sufa7994@163.co m 。
光栅扫描技术在复杂曲面数字化检测中的应用*苏发1,杨兰玉2(1.福建工程学院机电及自动化工程系,福州 350014;2.黑龙江科技学院机械工程学院,哈尔滨 150027)摘要:介绍了一种用于ATOS 三维光学测量系统的光栅扫描技术,以及点云数据采集原理及应用。
它可以快速地测量复杂曲面的几何数据,并可以与产品设计C AD 模型进行配准,获取误差的信息。
实际应用表明,该方法可以快速、准确地获取产品的制造误差,并用彩色云图将结果直观地显示。
关键词:ATOS ;光栅扫描;数字化检测中图分类号:TG65 文献标识码:AR aster Scann i n g T echnology and its App lica tion in D igitizing In spection of Com plica ted Surfa ceS U Fa ,Y ANG Lan 2yu (1.Depart m ent of engi n eeringMechanis m,electr on and auto m atization of FuJian Engineeri n g Institute ,Fuz hou 350014,Ch i n a ;2.College ofMechan ica lEngineeri n g ,H eil o ngjiang Science and Technology I nstitute ,H arbin150027,Ch i n a)Abstr act :The pap er i n troduce that a Raster Scann i n g T echnol o gy .app lication of ATOS 3D 2op tical scanni n g M easuri n g sy ste m.A nd its pri n ci p l e of collecti n g poi n t ,it can rap idl y m easure geo m etric data of a 3D 2O bject .surface ,and it can p resente d for matchi n gw ith p roduct desi g n m odel to get error i n for mati o n .Practical app lica 2tion i n d i c ate that them ethod can rap i d ly and correctly get manufactur i n g error of product ,and a color dra w i n g is d isp layed visua lly .K ey w ord s :ATO S ;raster scanning ;d i g itiz i n g i n specti o n0 引言信息技术的飞速发展为制造业的发展提供了新的平台,数字化模型检测正是在这样背景下产生的。
数字化模型检测是指,对加工后的零件,进行数据采集,得到该零件的三维CAD 点云数据模型,通过将该模型与原始设计的CAD 模型在计算机上进行数据比较,获取模型误差,从而提高检测精度和速度,特别适合复杂表面零件的检测。
它是逆向工程技术在生产中的应用之一。
数据采集是逆向工程的关键部分,数据采集又分为接触式测量和非接触式测量两大类。
在非接触式测量中,ATOS(Advanced Topo metric Sensor 高级外形测量传感器)三维光学测量系统(以下简称AT OS 系统)就是其中非常有代表性的一种,它能够快速采集大量实物表面的数据点,并能达到较高的精度,使得ATOS 被广泛的应用于制造业的逆向工程中。
ATOS 系统是一种光学测量设备(见图1),是由德国G O M 公司生产的,它的中间是传感器头(见图2):由主光源、光栅器件组和2CCD 光学测量传感器组成,它采用光栅扫描技术来测量复杂曲面实物,运用数字图像处理技术,获得实物的三维C AD 点云数据。
1 ATOS 系统的数据采集原理ATOS 系统是采用光学系统实现对三维实物表面上的点进行连续和快速测量的设备。
其测量速度快,扫描分辨率高,不需接触实物表面,数据点密集,适于外部曲面复杂的实物的测量。
它的基本原理是光学三#44##控制与检测#组合机床与自动化加工技术角原理,如图3所示,光源发出的光线经聚焦透镜后,投射到被测物体表而上形成漫反射光斑,作为传感信号,用透镜成像原理将收集到的反射光聚到成像透镜的焦平面上,此处放置CCD 。
当漫反射光斑随被测物体表而起伏时,成像光点在CCD 上做相应的移动。
根据像移距离的大小和传感器的结构参数可以确定被测物体表而的位置量,可确定被测表面测点的位置。
图1 ATOS测量系统图2 ATOS传感器头图3 光学三角测量原理图图3中:图中,i )))入射光,L )))透镜,N )))成像屏,u )))透镜L 的物距,v )))透镜L 的像距,O )))L 光轴与入射光线i 的交点,A )))物面上的光点,A c 、O c 分别是A 、O 的像点,h )))物面上光点相对于基准面M 的高度,A )))入射光线与光轴的夹角,M c )))目标平面,M )))参考平面。
根据透镜成像原理,以入射光与透镜光轴交点所在平面M 为基准面,则光点A 相对于基准面M 的高度h 的计算公式为:h =u #h csi n A #v +h c#cos A式中,u 、v 、A 是系统参数,都是固定值,这样可以由h c 计算出h 的值。
ATOS 系统的中间传感器头(见图2)配备了一个主光源和光栅器件组,该光栅器件组是一个可规则滑动的光栅,传感器头被固定在支架上,并可很方便地移动。
光栅测量就是将光源发出的结构光,经过光栅器组件,产生的连续11种不同间距光栅投射到只贴有参考点的被测实物上,受到表面起伏及曲率的变化,投影光栅影线随此轮廓位置起伏而扭曲变形。
通过解调变形光栅影线,就可获得被测表面高度信息。
其原理如图4所示。
图4 光栅扫描原理图将投影光栅投射到被测实物P 的表面,此时光栅影像发生变形,然后从不同的角度2个CCD 抓取。
经过数字图像处理后,基于三角形测量原理,大约400000个摄像象素中每个一个象素点的3D 坐标系值被独立而较精确地计算出来,然后通过拟合等后处理方法获得实物的三维C AD 数模。
测量时,光栅投影到被测工件表面产生条纹,条纹的变化被CCD 镜头记录下来并转送到计算机,经过处理以后得到两个CCD 镜头分别拍摄到的两张/三维0照片。
由于两个CCD 镜头可以感知高达大约400000个像素,所以每一单幅照片可以采集到113万个有效数据点。
ATOS 软件可以在瞬间处理这113万个数据并精确地标定出其三维空间坐标值。
由光栅投影产生均匀的平行投射光柱,在投射光与被测物之间产生空间编码图案。
投射光柱将空间编码图案依序的投射于被测实物表面,并同时运用CCD 取像,进行空间编码,以确定每一测量点的相对位置,再将测量实物与CCD 坐标关系作适当转换,以获得CCD 的参数与所取影像的关系。
当以适当的影像前处理程序完成所摄取的测#45#2007年第9期#控制与检测#量影像的处理后,即可得到被测实物的三维坐标。
2 ATOS 系统的实际应用(1)对系统进行软硬件的标定,调整好各种测量参数。
系统的硬件标定包括:调整测量距离;投影光源镜头对焦;调整左右相机夹角;相机镜头对焦;调整相机镜头的光圈。
系统的软件标定就是利用ATOS 软件对系统进行标定,来调整CCD 镜头的设置和位置,可根据相对应的镜头规格,选用相对应的标定板或十字尺,按照软件的步骤来完成标定。
(2)喷涂显像剂。
对待测实物表面进行前期处理,喷涂显像剂,使之产生漫反射。
工件的表面质量在扫描过程中扮演重要角色,如果表面太吸光或太反光,会影响CCD 传感器检测点数据,因此需喷涂显像剂来处理表面。
(3)布置参考点。
根据扫描仪每幅照片测量范围和曲面形状,合理布置参考点。
参考点的大小根据待测实物的外形尺寸来确定;贴参考点时,在曲面较平坦的区域可以少贴一些,而在曲率变化较大的区域则应多贴;布置的参考点必须2个CCD 相机检测到;保证每一次拍摄必须要有三个以上的参考点被两个CCD 镜头同时获得,而且其中的三个点必须是已经定义过的,然后便可根据这三个/老0点来定义/新0点。
如此循序递推便可完成整个测量工作。
另外,不能将参考点贴在曲率变化较大的部位,以免影响点云数据。
布置参考点后的零件如图5所示。
图5 布置参考点后的零件图(4)光栅测量。
为完成一个工件的扫描往往需要多次测量,不同方向的测量由一个测量项目来管理。
在ATOS 软件里,选F ile 菜单中的Ne w Projec,t 创建一个新的测量项目文件;调整好扫描仪对准要扫描采集数据的部位,然后点击开始测量用菜单或图示快捷键M easure men,t 再调整投射到表面的光线的曝光值,保证在一次测量中同时满足工件表面不同区域的光线强度;点击Start Measure m ent 按钮开始扫描,测量完毕后,新的测量将会显示在资源管理器中,所有的参考点及其误差值将列出,通常参考点的误差应小于011p i x e,l 如果个别参考点的误差因为参考点本身质量或测量角度的原因,略高可以接受,如果全部超出,则系统应进行重新标定。
3D 视图中也将显示出所有的参考点和三维点云数据。
移动扫描头或工件来扫描另一区域,应保证至少有三个以上的已识别参考点出现在这次测量范围内,且三点不在一条直线上;并观察AT OS 软件左右两个窗口中的两个十字线是否重合以确保测量距离的正确;调整曝光时间;第二次测量的结果将出现在资源管理器上,同时与前次测量的拼合误差也将显示出来。
如果该值偏大则意味着工件或系统不稳定,或者参考点粘贴得不牢,这样依此类推,把实物上表面全部采集完毕。
(5)数据拼合,形成误差图。
就是测量的点云数据与原始设计C AD 模型拼合在一起。
用AT OS 软件来完成,拼合的过程分两步进行:预拼合Pre 2registrati o n 和整体拼合best 2registrati o n 。
将两个数据的坐标对齐后,然后用AT OS 软件Operations 菜单下的D istance M esh to Mesh 命令进行比较分析,比较的结果会以彩图的形式显示出来。